CN102725701B - 安全扩展基板及其控制方法 - Google Patents

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Abstract

公开了连接到主基板的安全扩展基板及其控制方法。根据本发明的在PLC系统中连接到主基板的安全扩展基板包括：通信单元，其执行与主基板的数据通信；系统状态监控单元，其使用通信单元和主基板之间通信的数据来监控PLC系统的状态；模块控制单元，其控制安全扩展基板的一般操作并根据PLC系统的状态是否是正常状态来输出不同的控制信号；存储单元，其存储从主基板发送的通信数据及控制安全扩展基板的安全状态所需的程序和信息；状态转换单元，其根据从模块控制单元输出的控制信号来将安全扩展基板的状态转换成正常状态或安全状态，及安全处理单元，其在由状态转换单元将安全扩展基板的状态转换成正常状态的情形下,使用从主基板发送的信息来控制安全扩展基板，且在由状态转换单元将安全扩展基板的状态转换成安全状态的情形下,根据预先存储在存储单元的用户定义的程序来控制安全扩展基板。

Description

安全扩展基板及其控制方法
技术领域
本发明涉及安全扩展基板的控制，并且更特别地，涉及安全扩展基板及其控制方法，其中，在可编程逻辑控制器（PLC）系统中，与主基板的控制相分离地，独立地将安全扩展基板维持和控制在安全状态中。
背景技术
可编程逻辑控制器（PLC）是连接到各种设备以便系统地控制这些设备的电子设备。PLC系统使用可编程存储器通过数字或模拟输入/输出模块来执行特殊功能，例如逻辑、排序、定时、计数或计算，以及控制各种类型的机器或处理器。
通常，连同工业自动化，PLC系统是最基本和重要的控制系统之一，并且经常用于工厂、建筑物等的设备自动化。目前，PLC系统不仅通过执行来自初始基本计算的复杂的应用计算，还通过形成工业网络来满足各种现场需求。随着将最新的设备引入PLC，近来已经引入了扩展PLC系统，其中额外地将多个扩展基板连接到主基板以控制更复杂的网络。
在生产力的增长已经成为工业现场的重要因素的同时，近来用于减少复杂PLC系统的操作中的人力和材料损失的安全方面的兴趣已经增长。特别地，趋势是进一步深化用于安全的规则和需求。根据这样的需求，比任何其它的更重要的是通过控制PLC系统操作连接到主基板的多个扩展基板中的每一个，减少由于故障引起的材料损失和根据材料损失的人力损失。
图1是传统的单一PLC系统的配置图。
参见图1，在传统的单一PLC系统中，通过通信电缆12将多个扩展基板11连接到主基板10。每个扩展基板11由主基板10控制并且取决于主基板10的状态而操作。因而，扩展基板11具有其中扩展基板11被动地由主基板10操作的结构。
图2是传统的冗余PLC系统的配置图。
参见图2，传统的冗余PLC系统具有这样的结构：其中将主基板20分成主用主基板21和备用主基板22。通过通信电缆24将每个扩展基板23连接到主用主基板21和备用主基板22中的任意一个。类似于图1，每个扩展基板23由主基板20控制并且被动地由主基板20操作。在主用主基板21中发生错误的情形下，备用主基板22从主基板21接替控制权以便控制每个扩展基板23。
但是，在传统PLC系统中发生缺陷的情形下，主基板识别缺陷的发生并提供系统的状态给扩展基板。这是因为系统具有从属结构：其中，根据与主基板的缺陷和可识别的性能相关的主基板的识别的存在来控制扩展基板。所以，在传统PLC系统中发生缺陷的情形下，主基板不识别或缓慢地识别缺陷的发生，并且由此没有将系统的状态适当地提供给扩展基板。相应地，在安装到扩展基板的设备中可能发生故障，并且可能引起根据故障的人力和材料损失。由于扩展基板的控制模块具有主基板的从属结构，扩展基板的控制模块不为其自身识别系统的状态。所以，扩展基板不独立地工作，并且相应地，系统暴露于由故障引起的风险。
发明内容
技术问题
构思本发明用于解决前述问题。相应地，本发明的目的是提供安全扩展基板及其控制方法，其能够维持和控制连接到主基板的安全扩展基板，使得与主基板分离地，将安全扩展基板的状态独立地转换成预定的安全状态，从而保护可编程逻辑控制器（PLC）系统。
技术方案
按照本发明的一个方案，提供了一种在可编程逻辑控制器（PLC）系统中连接到主基板的安全扩展基板，包括：通信单元，配置成执行与主基板的数据通信；系统状态监控单元，配置成使用通信单元和主基板之间通信的数据来监控PLC系统的状态；模块控制单元，配置成控制安全扩展基板的一般操作和根据PLC系统的状态是否为正常状态来输出不同情形的控制信号；存储单元，配置成存储由主基板发送的数据以及控制安全扩展基板的安全状态所需的程序以及信息；状态转换单元，配置成根据模块控制单元的控制信号输出来将安全扩展基板的状态转换成正常状态或安全状态；以及安全处理单元，配置成在状态转换单元将安全扩展基板的状态转换成正常状态的情形下，使用从主基板发送的信息来执行安全扩展基板的控制，以及在状态转换单元将安全扩展基板的状态转换成安全状态的情形下，根据预先存储在存储单元中的用户定义的程序来执行安全扩展基板的控制。
通信单元可以从主基板接收包括初始参数和设置信息的初始操作信息以及由用户预定义的包括参数和程序的操作信息，使得在PLC系统中发生缺陷的情形下通过将安全扩展基板的状态转换成安全状态来执行安全状态控制。
通过检查初始操作信息是否正常，系统状态监控单元可以决定安全扩展基板是否要执行正常状态控制。
在将安全扩展基板的状态转换成安全状态的情形下，与主基板发送的数据分离地，安全处理单元可以独立地执行安全扩展基板的控制。
根据本发明的另一方案，提供了一种在PLC系统中连接到主基板的安全扩展基板的控制方法，该方法包括：接收从主基板发送的数据；使用发送的数据来监控PLC系统的状态；在作为监控的结果、PLC系统是正常的情形下，使用从主基板发送的数据来执行安全扩展基板的正常状态控制，以及在PLC系统不正常的情形下，将安全扩展基板的状态转换成安全状态；以及在将安全扩展基板的状态转换成安全状态的情形下，与主基板分离地，使用预定的用户定义的程序来独立地执行安全状态控制。
从主基板发送的数据的接收可以包括从主基板接收预定的用户定义的程序。
有益效果
根据本发明，在PLC（可编程逻辑控制器）系统中，连接到主基板的扩展基板能够独立于主基板而将系统维持和控制在安全状态中。
进一步，在系统处于由于主基板的失误或缺陷引起的错误状态的情形下，可以保护安装到扩展基板的设备并且防止由设备故障引起的人力和材料损失。
附图说明
图1是传统的单一可编程逻辑控制器（PLC）系统的配置图。
图2是传统的冗余PLC系统的配置图。
图3是根据本发明的实施例的描述其中将安全扩展基板连接到单一PLC系统的配置的图。
图4是根据本发明的另一实施例的描述其中在冗余PLC系统中连接安全扩展基板的配置的图。
图5是根据本发明的实施例的安全扩展基板的示意配置图。
图6是根据本发明的实施例的安全扩展基板访问PLC控制程序工具的配置图。
图7是根据本发明的实施例的示意性地描述安全扩展基板的配置的方框图。
图8是根据本发明的实施例的描述安全扩展基板的控制方法的流程图。
具体实施方式
下面结合附图更全面地描述本发明，其中示出了本发明的实施例。但是，该本发明可以具体化为众多不同形式并且不应将其理解为限制到这里阐述的实施例。相反，提供这些实施例使得本公开是彻底的，并且将向那些本领域技术人员全面地表达本发明的范围。
图3是根据本发明的实施例的描述其中将安全扩展基板连接到单一PLC（可编程逻辑控制器）系统中的配置的图。
参见图3，连同多个一般扩展基板120，将根据本实施例的安全扩展基板110连接到主基板100。安全扩展基板110和多个一般扩展基板120通过一系列的通信电缆130与主基板100通信数据。数据可以成为扩展基板110和120中的每个的输入/输出值。数据还可以成为安装到扩展基板110和120中的每个的模块的状态值或参数值。这里，每个一般扩展基板120接收从主基板100提供的初始参数和相关的设置信息，并且每个一般扩展基板120的操作由主基板100连续地控制。另一方面，根据本实施例的安全扩展基板110不仅接收从主基板100提供的初始参数和相关的设置信息，还接收由用户定义的参数、程序等，使得在主基板110中发生失误、错误、缺陷等情形下将安全扩展基板110的状态转换成安全状态。因而，安全扩展基板110通过连续监控PLC系统来决定是否必须将安全扩展基板100的状态转换成安全状态。在将安全扩展基板110的状态转换成安全状态的情形下，与主基板100分离地，安全扩展基板110通过独立地驱动由用户定义的安全程序来控制一般扩展基板120。
图4是根据本发明的另一实施例的描述其中在冗余PLC系统中连接安全扩展基板的配置的图。
参见图4，根据本实施例的冗余PLC系统具有如下结构：其中将主基板200分成主用主基板201和备用主基板202。连同多个一般扩展基板220，将安全扩展基板210连接到主基板200。将安全扩展基板210和一般扩展基板220中的每个连接到主用主基板201和备用主基板202中的至少一个。通过一系列通信电缆230，安全扩展基板210和一般扩展基板220与主用主基板201和备用主基板202中的至少一个通信数据。数据可以成为安全扩展基板210和一般扩展基板220中的每个的输入/输出值。数据还可以成为安装到扩展基板210和220中的每个的模块的状态值或参数值。这里，与图3类似，每个一般扩展基板220接收从主基板200提供的初始参数和相关的设置信息，并且每个一般扩展基板220的操作由主基板200连续地控制。另一方面，安全扩展基板210不仅接收从主基板200提供的初始参数和相关的设置信息，还接收由用户定义的参数、程序等，使得在主基板200中发生失误、错误、缺陷等情形下将安全扩展基板210的状态转换成安全状态。因而，安全扩展基板210通过连续地监控PLC系统来决定是否必须将安全扩展基板210的状态转换成安全状态。在将安全扩展基板210的状态转换成安全状态的情形下，与主基板200分离地，安全扩展基板210通过独立地驱动由用户定义的安全程序来控制一般扩展基板220。
图5是根据本发明的实施例的安全扩展基板的示意配置图。
图5（a）描述了根据本发明的实施例的安全扩展基板的配置，以及图5（b）是示意性地描述安全扩展基板的配置的方框图。
参见图5（a）和5（b），根据本实施例的安全扩展基板300配置成包括给安装在基板301上的每个模块提供电力的电源模块302、控制安全扩展基板300的一般操作的控制模块303、负责输入的输入模块304、负责输出的输出模块305、负责通信的通信模块306、执行特殊功能的特殊模块307、以及执行预定目的的其它模块308。这里，将所述模块安装在基板301上。额外地，可以将另一预定的模块安装在基板301上。模块302和304到308中的每个由控制模块303控制，并且控制模块303由如上所述的主基板控制。也就是说，主基板将安装在安全扩展基板300中的模块302和304到308中的每个的参数、自身状态、输出值等信息提供给安全扩展基板300的控制模块303，并且控制模块303接收和处理所述信息。在主基板的缺陷发生的情形下，安全扩展基板300的控制模块303将安全扩展基板300的状态转换成安全状态以便与主基板分离地，独立地将一般扩展基板维持和控制在安全状态中。
图6是根据本发明的实施例的安全扩展基板访问PLC控制程序工具的配置图。
参见图6，如上所述，通过通信电缆64，连同一般扩展基板63，将根据本实施例的安全扩展基板62连接到主基板61，从而建立PLC系统。在PLC系统中，使用中央PC 60中的PLC控制程序工具来设置PLC操作。可以将中央PC连接到主基板61、安全扩展基板62和一般扩展基板63中的全部，并且可以使用通用串行总线（USB）、串行总线、以太网等来实现用于每个连接的媒介。
主基板61通过主基板61到中央PC 60的连接65、安全扩展基板62到中央PC 60的连接66、以及一般扩展基板63到中央PC 60的连接67中的对应的PC连接来接收PLC控制程序工具提供的PLC控制程序。主基板61通过通信电缆64来提供参数等给安全扩展基板62和一般扩展基板63。与一般扩展基板63分离地，安全扩展基板62额外地接收由用户设置的用于安全状态的设置程序、参数等。因而，在主基板61的缺陷发生的情形下，根据设置程序将安全扩展基板62的状态转换成安全状态，使得能够安全地维持和控制PLC系统。
图7是根据本发明的实施例的示意性地描述安全扩展基板的配置的方框图。
如图7中所示，根据本实施例的安全扩展基板700通常包括控制模块710和安全模块720。控制模块710通过其与主基板730的通信来监控PLC系统的状态，并且允许PLC系统通过在PLC系统的缺陷发生的情形下将安全扩展基板700的状态转换成安全状态、根据用户设置的安全程序来在安全状态中来执行控制。安全模块720允许在控制模块710的控制下将PLC系统维持和管理在安全状态中。控制模块710配置成包括通信单元711、系统状态监控单元712、存储单元713、状态转换单元714和模块控制单元715，并且安全模块720配置成包括安全处理单元721。
通信单元711通过预定的电缆来执行与主基板730和其它扩展基板（未示出）的数据通信。特别地，通信单元711从主基板730接收包括初始参数和设置信息的初始操作信息。进一步，通信单元711可以接收包括由用户定义的参数的操作信息和预定的程序，使得在主基板730的失误发生的情形下，能够将安全扩展基板700的状态转换成安全状态。将在后面描述地，在需要的情形下将如上所述所接收的各种类型的信息存储在存储单元713中。
系统状态监控单元712使用从通信单元711接收的初始操作信息和操作信息来检查PLC系统的状态。也就是说，系统状态监控单元712检查初始操作信息是否异常，并且检查PLC系统的状态，以便决定是否能够在正常状态下操作安全扩展基板700。将通过检查PLC系统的状态所获得的结果发送到模块控制单元715。
模块控制单元715控制安全扩展基板700的一般操作。特别地，模块控制单元715从系统状态监控单元712接收通过检查PLC系统的状态所获得的结果，并且根据PLC系统的状态是否在正常状态来输出不同情形的控制信号。也就是说，模块控制单元715在PLC系统在正常状态的情形下输出正常状态控制信号，并且在PLC系统不在正常状态的情形下输出安全状态控制信号。
状态转换单元714根据模块控制单元715输出的控制信号来将PLC系统的状态转换成正常状态或安全状态。在PLC系统的状态在正常状态的情形下，状态转换单元714将PLC系统的状态转换成正常状态。在PLC系统的状态不在正常状态的情形下，状态转换单元714将PLC系统的状态转换成安全状态。
存储单元713存储主基板730发送的各种类型的信息，并且同时将用于控制安全扩展基板700的各种类型的程序存储在模块控制单元715中。特别地，存储单元713存储包括安全扩展基板700的初始参数和设置信息的初始操作信息以及由用户预先设置的用于安全状态控制目的的参数和程序。存储在存储单元713中的信息不限于此，并且将显而易见地，可以在需要的情形下额外地存储用于实现PLC系统的各种类型的信息。
安全处理单元721从状态转换单元714接收正常状态控制信号或安全状态控制信号。在接收正常状态控制信号的情形下，安全处理单元721使用从主基板730发送的信息来执行正常状态控制。在接收安全状态控制信号的情形下，安全处理单元721使用存储在存储单元713中的用户定义的程序来执行安全状态控制。
图8是根据本发明的实施例的描述安全扩展基板的控制方法的流程图。
参见图8，在根据本实施例的安全扩展基板的控制方法中，安全扩展基板700通过通信电缆从主基板730接收包括必要的初始参数和各种类型的设置信息的初始操作信息（S101）。在步骤S101，在将安全扩展基板700的状态转换成来自主基板730的安全状态的情形下，安全扩展基板可以接收包括由用户预先定义的程序的初始操作信息。这仅仅是本发明的实施例。在另一实施例中，用户可以预先将相应的程序存储在安全扩展基板700的存储单元713中。然后，安全扩展基板700使用从主基板730接收的初始操作信息来监控PLC系统的状态（S103）。这里，PLC系统的状态的监控可以使用以上描述的初始操作信息或者使用通过安全扩展基板700和主基板730之间的通信发送/接收的数据来执行。安全扩展基板700根据通过监控PLC系统的状态所获得的结果来决定PLC系统是否在正常状态中（S105）。在PLC系统在正常状态的情形下，安全扩展基板700执行正常状态控制（S107）。正常状态控制的执行使用主基板730提供的输入和输出值、安装在安全扩展基板700中的各种模块的状态值和参数值来维持和控制PLC系统。
在步骤S105，在PLC系统不在正常状态的情形下，即，在PLC系统中发生失误或缺陷的情形下，将安全扩展基板700的状态转换成安全状态（S109）。然后，与主基板730分离地，安全扩展基板700根据预先存储在存储单元713中的用户定义的程序来独立地执行安全状态控制（S111）。
如上所述，在连接到主基板的扩展基板需要的情形下，与主基板分离地，本发明提供独立地将系统维持和控制在安全状态中的扩展基板控制模块。为此，通过预定的通信电缆将安全扩展基板连接到主基板，并且使用安全扩展基板和主基板之间通信的数据来监控系统。在系统中发生失误或缺陷的情形下，通过将安全扩展基板的状态转换成安全状态来执行安全状态控制。因而，在系统中发生故障或缺陷的情形下，将安全扩展基板的状态转换成安全状态以便执行安全状态控制，从而稳定地维持和控制系统。相应地，可以提前防止由于系统缺陷的发生引起的人力和材料损失。
通常，在工业现场广泛地使用自动化设备。通过设备间系统地操作有效地处理工作。近来，已经将各种最新的设备添加到已有系统中。为此，将具有各种目的的扩展基板连接到已有主基板以便达到高生产力。此外，根据复杂设备的使用的安全问题上的兴趣逐渐增长。相应地，需要各种安全测量以减少由于系统的故障引起的人力和材料损失。
由此看来，在系统的主基板中发生故障的情形下，本发明允许安全扩展基板通过将安全扩展基板的状态转换成安全状态来独立地将系统维持和控制在安全状态中，使得可以提前防止由于系统的故障引起的人力和材料损失。相应地，本发明能够非常有用地应用到工业现场。
尽管已经通过以上描述的附图中示出的实施例来解释本发明，本领域普通技术人员应当理解到，本发明不限于实施例，而是相反地，其中在不脱离本发明的精神的情况下的各种变化和修正是可能的。相应地，本发明的范围应当仅由所附权利要求书和其等效物来确定。

Claims (5)

1.一种在PLC系统中连接到主基板的安全扩展基板，包括：
通信单元，配置成执行与所述主基板的数据通信；
系统状态监控单元，配置成使用所述通信单元和所述主基板之间通信的数据来监控PLC系统的状态；
模块控制单元，配置成根据PLC系统的状态是否为正常状态来控制安全扩展基板的一般操作并输出不同情形的控制信号；
存储单元，配置成存储从所述主基板发送的数据和控制所述安全扩展基板的安全状态所需的程序和信息；
状态转换单元，配置成根据从所述模块控制单元输出的控制信号来将安全扩展基板的状态转换成正常状态或安全状态；以及
安全处理单元，配置成在所述状态转换单元将所述安全扩展基板的状态转换成正常状态的情形下，使用从所述主基板发送的信息来执行所述安全扩展基板的控制，以及在所述状态转换单元将所述安全扩展基板的状态转换成安全状态的情形下，根据预先存储在所述存储单元中的用户定义的程序来执行所述安全扩展基板的控制，并且
其中，在将所述安全扩展基板的状态转换成安全状态的情形下，与从所述主基板发送的数据分离地，所述安全处理单元独立地执行所述安全扩展基板的控制。
2.如权利要求1所述的安全扩展基板，其中所述系统状态监控单元通过检查从所述通信单元接收的并且包括初始参数和设置信息的初始操作信息是否正常来决定所述安全扩展基板是否执行正常状态控制。
3.一种在PLC系统中连接到主基板的安全扩展基板，包括：
通信单元，配置成执行与所述主基板的数据通信；
系统状态监控单元，配置成使用所述通信单元和所述主基板之间通信的数据来监控PLC系统的状态；
模块控制单元，配置成根据PLC系统的状态是否为正常状态来控制安全扩展基板的一般操作并输出不同情形的控制信号；
存储单元，配置成存储从所述主基板发送的数据和控制所述安全扩展基板的安全状态所需的程序和信息；
状态转换单元，配置成根据从所述模块控制单元输出的控制信号来将安全扩展基板的状态转换成正常状态或安全状态；以及
安全处理单元，配置成在所述状态转换单元将所述安全扩展基板的状态转换成正常状态的情形下，使用从所述主基板发送的信息来执行所述安全扩展基板的控制，以及在所述状态转换单元将所述安全扩展基板的状态转换成安全状态的情形下，根据预先存储在所述存储单元中的用户定义的程序来执行所述安全扩展基板的控制，并且
其中，所述通信单元从主基板接收包括初始参数和设置信息的初始操作信息以及包括预先由用户定义的参数和程序的操作信息，使得在PLC系统中发生缺陷的情形下，通过将所述安全扩展基板的状态转换成安全状态来执行安全状态控制。
4.一种在PLC系统中连接到主基板的安全扩展基板的控制方法，该方法包括：
接收从所述主基板发送的数据；
使用发送的数据来监控所述PLC系统的状态；
在作为监控的结果、PLC系统是正常的情形下，使用从所述主基板发送的数据来执行所述安全扩展基板的正常状态控制，以及在所述PLC系统不正常的情形下，将所述安全扩展基板的状态转换成安全状态；以及
在将所述安全扩展基板的状态转换成安全状态的情形下，与所述主基板分离地，使用预定的用户定义的程序来独立地执行安全状态控制。
5.如权利要求4所述的方法，其中，接收从所述主基板发送的数据的步骤包括从所述主基板接收预定的用户定义的程序。
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